Torch-Hand der Zhejiang-Universität: 21-DoF-Hand hebt 40 kg, 0,03 mm Wiederholgenauigkeit

Lässt sich der menschliche Gelenkaufbau samt fünfachsigem Daumen nachbilden und trotzdem eine kräftige, präzise und einfach regelbare Hand bauen, ohne Seilzüge oder weiche Aktoren?

Humanoide Hände tauschen meist eine Eigenschaft gegen eine andere. Gelenkmotoren und Getriebe sind präzise, aber voluminös und schwach unter Dauerlast; seil- und pneumatisch angetriebene Hände sind kompakt und nachgiebig, dehnen sich aber, koppeln Gelenke ungewollt und liefern wenig Kraft.

Laut Vergleichstabelle der Autoren trägt die verbreitete Forschungshand LEAP Hand rund 2 kg bei 19,5 N Fingerkraft; die gelenkgetriebene ILDA Hand schafft mit 15 Freiheitsgraden 18 kg und 34 N; die meisten Seilzug- und Pneumatikhände bleiben unter 6 kg und 30 N.

Torch-Hand bildet die Gelenkhierarchie der menschlichen Hand nach: fünf Freiheitsgrade im Daumen, darunter ein dreiachsiges Sattelgelenk, und vier je Finger. Alle Aktoren sitzen in der Handfläche und treiben die Finger über Spindelschlitten und starre Koppeln an, seriell angeordnet wie bei einem Industrieroboter, sodass jeder Motor genau einer Gelenkbewegung entspricht. Die Gelenke sind mechanisch entkoppelt, lassen sich aber per Software gemeinsam bewegen; die Spindel ist selbsthemmend und hält Lasten nach dem Greifen.

Die mittlere Wiederholabweichung lag bei 0,0111 mm für die Finger (innerhalb ±0,026 mm) und 0,0115 mm für den Daumen (innerhalb ±0,031 mm). Mit zwei gemeinsam angetriebenen Beugegelenken erreichten Zeige-, Mittel-, Ring- und kleiner Finger 60,72, 52,65, 61,51 und 64,69 N. Die Greifkraft der ganzen Hand lag über 100 N; sie zerdrückte eine Aluminiumdose und hob eine 40-kg-Hantel. Alle Kapandji-Positionen und alle 33 Griffarten der Standardtaxonomie wurden erreicht. Demonstriert wurden auch das Einfädeln einer 0,35-mm-Nylonschnur in ein 0,5-mm-Nadelöhr, Pipettieren und das Ziehen eines Nagels mit dem Klauenhammer.

Es handelt sich um ein Preprint und eine Hardwareplattform: Die Aufgaben sind Demonstrationen ohne Erfolgsquoten aus Wiederholversuchen, eine gelernte Steuerung gibt es nicht, ebenso wenig Tast- oder Kraftsensorik. Dauerfestigkeit und Zuverlässigkeit bei dynamischem Werkzeugeinsatz stehen laut Autoren noch aus; Masse, Fingergeschwindigkeit und Kosten nennt das Papier nicht.